离子束刻蚀碲镉汞的沟槽深宽比改进

高深宽比离子束刻蚀技术是实现碲镉汞红外焦平面探测器的关键工艺技术.国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大,沟槽深宽比较低.针对Ar离子束刻蚀机,尝试了三种提高深宽比的方法:选择不同的光刻胶做掩模、改变刻蚀角度和使用三栅离子源,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了碲镉汞刻蚀图形的剖面轮廓并计算了深宽比.分析了这些工艺方法对刻蚀图形轮廓的影响,获得了一些有助于获得高深宽比的离子束刻蚀沟槽的实验结果.     

准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

高深宽比硅通孔的SAPS兆声波清洗技术

硅通孔(TSV)是三维系统集成的关键技术和发展趋势,目前已经可以实现深宽比为10∶1的TSV结构,且向着更高深宽比方向发展。在TSV制造工艺中,硅通孔刻蚀后的清洗是目前的关键技术难点之一。针对TSV刻蚀的工艺特点和TSV结构的特点,基于气体交替技术的硅刻蚀反应副产物种类以及清洗过程清洗液在TSV孔内的流体特性进行分析,探讨了一种基于现有清洗液,利用空间交变相位移(SAPS)兆声波技术进行TSV刻蚀后的清洗方法,并阐述了该清洗工艺的特点及前后工艺间的相互影响。研究结果表明,SAPS兆声波清洗能高效去除深孔内刻蚀残余产物,在TSV工艺集成中有较好的应用前景。     

MEMS器件制造工艺中的高深宽比硅干法刻蚀技术

硅的高深宽比刻蚀技术是MEMS领域中的一项关键工艺。在硅片上形成高深宽比沟槽并拥有垂直侧壁结构是现在先进MEMS器件的一个决定性要求。本文分别介绍了国际上近年来使用F基和Cl2等离子体获得高深宽比的刻蚀方法并进行了比较,总结了各自的优缺点及适用范围。     

GaAs-LED阵列器件隔离沟槽的制备研究

良好的电学和光学隔离能显著提高微LED阵列器件的亮度、分辨率等工作性能,高深宽比隔离沟槽的制备是决定电学隔离效果的关键。本文分析比较了各种制备工艺,选择湿法腐蚀工艺,使用了不同比例柠檬酸双氧水腐蚀液对GaAs进行了腐蚀,在二者配比为3：1的条件下,在GaAs衬底材料上制备了深宽比为2：1的隔离沟槽。腐蚀后芯片表面平整度、侧蚀等指标初步达到器件设计的要求。     

反应离子刻蚀硅槽工艺研究

在CMOS多晶硅刻蚀工艺的基础上进行工艺开发,采用氯气和溴化氢气体进行硅槽刻蚀。通过对功率、压力、气体流量等工艺参数拉偏,用扫描电子显微镜观察硅槽侧壁形貌,分析各参数在反应离子刻蚀中所起到的作用,得到对硅槽形貌影响较大的因素,最终得到一种能够与CMOS工艺兼容的硅槽刻蚀方法。该方法能够制作出深度6μm、深宽比4∶1、侧壁光滑的硅槽,可以用于光电继电器、硅电容等新型器件的研发。     

深沟槽工艺产品晶片周边硅针缺陷的解决方法

在功率金属氧化物半导体器件生产中,有些为了达到特殊的器件性能,采用深沟槽工艺,其沟槽深度可达几十微米,该类产品在关键的深沟槽刻蚀中,晶片边缘经常会有硅针缺陷产生,该缺陷在后续湿法清洗过程中,会成为颗粒的主要来源,影响晶片良率和污染湿法清洗机台。文章阐述了两种通过优化沟槽光刻工艺来解决此种缺陷的方法,一种为沟槽层光刻采用倒梯形工艺,另一种为沟槽层光刻采用负光阻工艺,两种方法旨在将晶片周边保护起来,在深沟槽刻蚀中下层材质不被损伤,解决深沟槽工艺产品周边硅针缺陷问题。     

硅基MEMS加工技术及其标准工艺研究

本文论述了硅基MEMS标准工艺,其中包括三套体硅标准工艺和一套表面牺牲层标准工艺.深入地研究了体硅工艺和表面牺牲层工艺中的关键技术.体硅工艺主要进行了以下研究:硅/硅键合、硅/镍/硅键合、硅/玻璃键合工艺及其优化;研究了高深宽比刻蚀工艺、优化了工艺条件;解决了高深宽比刻蚀中的Lag效应;开发了复合掩膜高深宽比多层硅台阶刻蚀和单一材料掩膜高深宽比多层硅台阶刻蚀工艺研究.表面牺牲层工艺主要进行了下列研究:多晶硅薄膜应力控制工艺;防粘附技术的研究与开发.     

一种用于硅基光电子芯片端面封装的深硅刻蚀工艺

硅基光电子芯片的端面耦合器具有大带宽、低损耗、偏振不敏感等优点,使人们希望在端面封装方面获得突破。提出了一种用于硅基光电子芯片端面封装的深硅刻蚀工艺,利用等离子体刻蚀形成的斜面与光纤阵列的封装面进行匹配封装,降低封装中的耦合反射;利用斜面刻蚀工艺和深硅刻蚀工艺相结合的方法制备深硅刻蚀槽,提高了晶圆划片的冗余度,通过控制深硅刻蚀槽内的划片位置来消除台阶凸起对光纤封装造成的不利影响,使在后续封装过程中无需对芯片端面台阶凸起实施磨抛工艺。实验结果显示,基于该工艺,端面耦合器损耗劣化小于0.1 dB。该封装结构可以在晶圆流片阶段实现制备,具有可大规模生产、降低硅基光电子芯片端面封装成本的优点,以及广阔的工程应用前景。     

基于水平集方法的离子束刻蚀碲镉汞的轮廓演变模拟

用水平集方法建立了碲镉汞的离子束刻蚀轮廓的数值模型,模型的输入参数包括掩膜厚度、掩膜侧壁倾角、掩膜沟槽宽度、离子束散角、刻蚀速度等参数.对碲镉汞的刻蚀轮廓和刻蚀速度减缓现象进行了模拟和实验验证,结果表明,在沟槽宽度为4～10μm的范围内,计算得到的刻蚀深度和SEM测量结果相差6～20%.对掩膜的轮廓演变进行了模拟,给出了一个优化设计掩膜厚度来提高深宽比的实例.     

刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微结构

硅基三维微纳结构在红外成像与探测方面具有重要的应用价值。然而,受加工技术的限制,硅基复杂面型三维微纳结构的制备仍然是一个难题。本文提出了利用刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微纳结构。利用激光改性制备的硅的氧化层作为刻蚀掩膜,经过刻蚀实现灰度图形向衬底的转移。研究发现,氧化层的抗刻蚀能力可以通过激光加工参数进行调控,例如,激光功率和扫描间距。通过编程化设计的局部调控的抗刻蚀氧化层图形,刻蚀后实现了台阶状、斜面及曲面复杂三维微结构的可控制备。另外,验证了该技术在特殊面型硅基微光学器件制备中的可行性。     

低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀技术研究

采用双色单铟柱结构的II类超晶格红外探测器件在台面成型过程中加工难度大且易于产生损伤,影响器件的性能。针对此问题进行了低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀技术研究。首先建立一种损伤评判机制,判断现有工艺刻蚀后材料是否发生反型。然后通过优化光刻胶厚度、变功率分步刻蚀的方式,实现低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀,同时有效解决单次刻蚀深台面时易堆积生成物以及侧壁过于陡峭等工艺问题。台面中心间距为20 μm,刻蚀深度超过8 μm,缝隙深宽比可达2。基于此台面制备的器件具有明显的双阻抗特征。其中,长波阻抗峰值为100 MΩ,并且I-V曲线中长波侧的平坦区超过100 mV。从电学角度初步判断该器件具有双色探测的能力,验证了本文工艺的可行性。     

利用P型(100)硅片制备二维光子晶体的工艺

采用电化学腐蚀法并结合光刻、反应离子刻蚀以及碱性腐蚀等技术,在p型(100)硅基底中制备了大深宽比的二维大孔硅光子晶体,其二维周期性结构的晶格常数为3.8μm,孔隙直径约3.0μm,孔隙深度超过80μm.在光刻、反应离子刻蚀及碱性腐蚀所刻印的V形尖坑阵列的基础上,采用优化的电化学腐蚀参数能制备出周期性好、深宽比大、表/侧面光滑的高品质光子晶体结构,并从理论上利用数值模拟的方法证明了该样品结构在归一化频率位于0.162～0.205ωa/(2πc)范围内存在光子带隙.     

无掩模硅图形衬底上3C-SiC的异质外延生长

采用低压化学气相沉积方法在无掩模的硅图形衬底上异质外延生长3C-SiC.硅图形衬底采用光刻和ICP刻蚀得到.图形由平行长条状沟槽和台面组成,其中沟槽宽度为1～10μm不同间隔,沟槽之间距离为1～10μm不同间隔.对于在不同的沟槽和台面尺寸区域3C-SiC的生长进行了详细研究.采用扫描电镜分别观察了不同区域的生长形貌,分析了图形衬底结构上SiC的生长行为.其中合并生长形成的空气隙结构可以释放由Si和SiC晶格失配引起的应力,从而可以用来解决SiC生长中的晶片翘曲问题,进行厚膜生长.XRD结果表明此无掩模硅图形衬底上得到3C-SiC(111)取向生长.     

无掩模硅图形衬底上3C-SiC的异质外延生长

采用低压化学气相沉积方法在无掩模的硅图形衬底上异质外延生长3C-SiC.硅图形衬底采用光刻和ICP刻蚀得到.图形由平行长条状沟槽和台面组成,其中沟槽宽度为1～10μm不同间隔,沟槽之间距离为1～10μm不同间隔.对于在不同的沟槽和台面尺寸区域3C-SiC的生长进行了详细研究.采用扫描电镜分别观察了不同区域的生长形貌,分析了图形衬底结构上SiC的生长行为.其中合并生长形成的空气隙结构可以释放由Si和SiC晶格失配引起的应力,从而可以用来解决SiC生长中的晶片翘曲问题,进行厚膜生长.XRD结果表明此无掩模硅图形衬底上得到3C-SiC(111)取向生长.     

利用p型（100）硅片制备二维光子晶体的工艺

采用电化学腐蚀法并结合光刻、反应离子刻蚀以及碱性腐蚀等技术，在p型（100）硅基底中制备了大深宽比的二维大孔硅光子晶体，其二维周期性结构的晶格常数为3.8μm，孔隙直径约3.0μm，孔隙深度超过80μm．在光刻、反应离子刻蚀及碱性腐蚀所刻印的V形尖坑阵列的基础上，采用优化的电化学腐蚀参数能制备出周期性好、深宽比大、表/侧面光滑的高品质光子晶体结构，并从理论上利用数值模拟的方法证明了该样品结构在归一化频率位于0.162～0.205ωa/（2πc）范围内存在光子带隙．     

干湿结合法在CdZnTe衬底上制备折射型红外微透镜的研究

针对现有微透镜加工方法难以在红外探测器衬底材料CdZnTe上实现大孔径、深浮雕微透镜制备,提出了一种利用ICP-RIE干法刻蚀结合化学湿法腐蚀制备折射微透镜的方法,通过采用多次光刻套刻后分别对CdZnTe材料进行高刻蚀速率、低损伤的ICP-RIE刻蚀,制备出具有深浮雕结构的微透镜雏形,最后采用溴-乙醇溶液腐蚀成形,成功在CdZnTe衬底上制备了深度达60μm的连续深浮雕结构的微透镜线列,并对该微透镜的面形轮廓和光学性能进行了测试分析,在红外探测器的微光学元件领域有着巨大的应用前景。     

一种在深硅刻蚀工艺中减小底部圆角的方法

由于存在化学刻蚀的各向同性作用,不可避免地会在等离子体深硅刻蚀工艺中出现底部圆角,而过大的底部圆角给许多工艺应用带来不利影响。为了减小在等离子体深硅刻蚀中的底部圆角,对埋入式扇出型封装中的硅微腔刻蚀和2.5D封装中的硅通孔(TSV)刻蚀进行了研究。通过在BOSCH工艺中引入偏置电极功率递增和单步沉积时间递增的组合,硅微腔和TSV中的底部圆角高度分别从13.6μm和12μm减小到了6.6~10.0μm和8.4μm。该方法有望实际应用于微电子机械系统(MEMS)器件的制造和电子器件的先进封装等领域。     

基于梳齿式电容加速度计的深硅刻蚀北大核心

梳齿式电容加速度计对梳齿的形貌有很高的要求,如需要梳齿侧壁具有良好的垂直度和粗糙度等。利用深硅刻蚀机对梳齿结构进行加工需要对刻蚀参数进行分析和调整。以SF_6和C_4F_8为刻蚀气体,设定深硅刻蚀中极板功率、腔室压力、刻蚀/钝化周期、气体流量等工艺参数,着重研究了刻蚀速率、垂直度、粗糙度、光刻胶选择比、均匀性等直接影响刻蚀形貌的几项因素,得到了宽5.3μm、深50μm的沟槽结构,且垂直度为89.5°,侧壁凸起高度为83.69 nm,而预期目标为垂直度90°±2°,侧壁凸起高度小于120 nm,故结果符合要求。最终将调整好的工艺用于刻蚀SOI片上的梳齿结构,得到了良好的形貌。     

富硅氧化硅微盘的制备研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)及高温退火工艺制备了富硅氧化硅(SRSO)薄膜材料.喇曼光谱仪探测表明,该材料具有较高的光致发光(PL)效率,并在750 nm波长处达到发光峰值.采用电子束光刻(EBL)及电感耦合反应离子刻蚀(ICP)技术在Si衬底上制备了基于富硅氧化硅材料的光学微盘结构.为防止Si衬底的光吸收,在反应离子刻蚀(RIE)系统中研究出一种各向同性的刻蚀工艺,有效使微盘与Si衬底分离.扫描电镜(SEM)探测表明,该工艺具有良好的尺寸控制及高稳定性.利用该工艺,成功制备了直径为4μm的富硅氧化硅微盘器件.